Лампы накаливания: обзор особенностей
Хотя в последние годы энергосберегающие лампы становятся все более популярными, лампы накаливания по-прежнему пользуются спросом. Они являются источником света, который не тускнеет даже спустя много лет.
Общие сведения о лампах накаливания
Лампы накаливания — это источники света и тепла, заключенные вольфрамовыми нитями в стеклянный контейнер. Внутри колбы изолирован благородный газ, предотвращающий окисление металлических элементов. Когда катушка получает питание, она выделяет тепло и излучает видимый свет.
Область применения
Лампы накаливания использовались в промышленности и быту еще до того, как были изобретены энергосберегающие лампы. Причина заключалась в том, что они были просты в установке и эксплуатации. Даже сегодня лампы накаливания широко используются в следующих областях:
- Декоративное освещение в интерьере
- Уличное освещение
- Освещение офисных и промышленных помещений
Схематичное устройство
Конструкция всех ламп накаливания примерно одинакова. Некоторые из важных компонентов включают:
| Компонент | Описание |
|---|---|
| Колпачок | Имеет отверстия для винтов различного шага |
| Вольфрамовая нить | Используется для нагрева и излучения света |
| Стеклянная колба | Содержит в себе все компоненты лампы накаливания |
Принцип функционирования
Лампы накаливания работают очень просто: при прохождении тока через вольфрамовую нить она нагревается и начинает излучать свет. Этот процесс основан на нагревании материала и излучении тепловых электромагнитных волн.
КПД лампы
Лампы накаливания менее эффективны в использовании энергии, так как только небольшая часть энергии, используемой для нагрева нити накала, преобразуется в видимый свет. Повышение КПД возможно путем нагрева нити до более высокой температуры.
Срок службы
Срок службы ламп накаливания может быть сокращен из-за низкого качества некоторых изделий. Важным фактором является также температурный коэффициент сопротивления металла, который влияет на эффективность работы лампы.
Качественно изготовленные лампы накаливания могут служить долгие годы, обеспечивая яркое и уютное освещение в любом помещении.
Анализ сопротивления нити накаливания лампы
Поскольку электрический ток, проходящий через нить накаливания лампы, приводит к ее нагреву, возрастает и сопротивление этой нити. Подключение нити к источнику питания также повышает ее сопротивление.
Эффективность нити накаливания
При прохождении тока через нить накаливания она нагревается джоулевым теплом до высокой температуры, и начинает светиться как черное тело. Сопротивление нити накаливания при 0°С (R0) нам неизвестно, но его можно определить косвенным путем.
Температурный коэффициент сопротивления
Температурный коэффициент сопротивления вольфрама (из которого изготовлена нить лампы) равен α = 0.0045/К. Он связан с изменением сопротивления следующим образом: R = R0*(1 + α*(t-0)), где t – текущая температура.
Определение сопротивления нити
Для определения сопротивления нити при 0°С, измерим сопротивление лампы при комнатной температуре. Затем определим температуру воздуха в комнате и примем, что нить имеет такую же температуру.
Сопротивление нити при 0°С может быть вычислено по формуле: R0 = R / (1 + α*t), где R – измеренное сопротивление лампы, t – температура в комнате.
Улучшение температуры и КПД
Использование вольфрамовой нити в лампочках позволило увеличить температуру волокна, повысив КПД до 3% и обеспечив лучшую цветопередачу. Для определения температуры нити в номинальном режиме работы можно использовать указанные выше формулы.
Анализ нить накаливания лампы
Теперь, когда мы знаем сопротивление R0 нити накаливания нашей лампы при 0°С, давайте определим ее номинальное сопротивление Rn, используя математическую формулу:
Rn = U^2 / P
где:
- U – номинальное напряжение лампы;
- P – номинальная мощность лампы.
Подставим данные, указанные на лампе:
- U = номинальное напряжение лампы;
- P = номинальная мощность лампы.
Теперь преобразуем первую формулу и подставим найденное номинальное сопротивление Rn, сопротивление R0 при 0°С и температурный коэффициент сопротивления α = 0.0045/К для вольфрама:
t = ((Rn - R0) / R0) / alpha
Где t – температура нити накаливания в рабочем состоянии, альфа – температурный коэффициент сопротивления.
Таким образом, мы можем вычислить реальную температуру нити накаливания лампы, зная только номинальную мощность и напряжение, сопротивление в холодном состоянии, комнатную температуру и температурный коэффициент сопротивления вольфрама.
История ламп накаливания
Лампа накаливания – искусственный источник света, изобретенный А. Н. Лодыгиным в 1872 году. Первоначально в качестве нити накала использовался угольный стержень, заключенный в стеклянный баллон. Со временем конструкция ламп накаливания совершенствовалась.
В 1879 году Т. А. Эдисон создал конструкцию лампы накаливания с угольной нитью повышенной долговечности, разработал патрон и цоколь с винтовой нарезкой. Он также внедрил откачку воздуха из баллона. В последствии в качестве тела накала использовались металлы (осмий, тантал, вольфрам).
С появлением ламп с вольфрамовой нитью в 1909 году, была предложена концепция заполнения ламп инертными газами для увеличения их срока службы. И это позволило значительно увеличить долговечность ламп.
Биспиральные формы нити накала и использование инертных газов с добавками галогенов стали распространенными практиками для снижения загрязнения колбы ламп и увеличения их срока службы.
Благодаря постоянному совершенствованию конструкции и материалов, лампы накаливания стали неотъемлемой частью освещения и используются повсеместно.
Излучение лампы накаливания
Излучение лампы накаливания обусловлено законами теплового излучения. Для получения видимого излучения температура должна достигать нескольких тысяч градусов. Чем меньше температура, тем краснее излучение. Для получения белого света нужно повышать температуру нити накала. Современные лампы используют материалы с высокими температурами плавления такие как W (3420 °C) и Os (3027 °C).
Качество света
При температурах 2300–3300 °C лампы накаливания излучают свет, кажущийся жёлто-красным. Для оценки качества света используется цветовая температура.
Структура лампы
Лампа накаливания состоит из стеклянной колбы, которая содержит нить накала из вольфрама, закрепленную на штенгеле. Электрические вводы соединены с концами нити. Для создания вакуумно-плотного соединения используются платинит или молибден. Лампы накаливания часто газонаполненные для улучшения световых свойств.
Классификация ламп
Лампы накаливания классифицируют по областям применения, конструктивной форме и светотехническим свойствам колбы. Различают лампы по форме тела накала и габаритным размерам, от сверхминиатюрных до крупногабаритных.
Чтобы получить максимальное использование от своей лампы накаливания, рекомендуем выбирать именно ту, которая соответствует конкретным требованиям вашего освещения.
Лампы накаливания изготовляются на напряжения от долей до сотен вольт, мощностью от долей ватта до десятков киловатт. Срок службы (средняя продолжительность горения) колеблется от 5 ч (например, самолётные фарные лампы) до 2000 ч и более. Световая отдача зависит от конструкции, напряжения, мощности и продолжительности горения лампы и составляет 10–35 лм/Вт. По световой отдаче лампы накаливания уступают разрядным источникам света, однако они проще в эксплуатации (не требуют пусковых устройств и сложной арматуры) и практически не имеют ограничений по напряжению и мощности. Лампы накаливания широко применяются в светильниках общего освещения, прожекторах, проекционных аппаратах, автомобильных и самолётных фарах, а также для кино-, фотосъёмочного и телевизионного освещения и др. С 1990-х гг. лампы накаливания общего назначения постепенно вытесняются более экономичными (т. н. энергосберегающими) компактными люминесцентными лампами со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом и резьбовым цоколем.
Опубликовано 13 марта 2023 г. в 11:22 (GMT+3). Последнее обновление 13 марта 2023 г. в 11:22 (GMT+3).
Любая лампа прежде всего – это преобразователь энергии. Хотя она может выполнять и второстепенные функции, но основное назначение – преобразование электрической энергии в видимое электромагнитное излучение. Существует множество способов создания света. Соответственно и видов ламп огромное множество. Предлагаю разобраться в этой теме с пользой – прочтя эту статью вы наверняка поймете, какие именно лампы будут самыми оптимальными для ваших потребностей. Начнем с самой сути – светового излучения. Разберемся в его видах.
Виды света
Когда твердые и жидкие вещества нагреваются, они испускают видимое излучение при температуре выше 1 000 К – это называется накаливанием. Такой нагрев лежит в основе генерации света в лампах накаливания. Электрический ток проходит через тонкую вольфрамовую проволоку, температура которой повышается примерно до 2 500-3 200 К, в зависимости от типа лампы и ее применения.
У этого метода есть предел, который описывается законом Планка для работы излучателя черного тела, согласно которому спектральное распределение излучаемой энергии увеличивается с ростом температуры. При температуре около 3 600 К и выше наблюдается заметное усиление эмиссии видимого излучения, а длина волны максимальной мощности смещается в видимый диапазон. Эта температура близка к температуре плавления вольфрама, который используется для нити накаливания, поэтому практический предел температуры составляет около 2 700 К, выше которого испарение нити становится чрезмерным. В результате такого спектрального сдвига значительная часть излучения выделяется не в виде света, а в виде тепла в инфракрасной области. Таким образом, лампы накаливания могут быть эффективными нагревательными приборами и используются в лампах, предназначенных для сушки печатной продукции, приготовления пищи и выращивания животных.
Электрический разряд
Электрический разряд – это метод, используемый в современных источниках света для торговли и промышленности благодаря более эффективному производству света. В некоторых типах ламп электрический разряд сочетается с фотолюминесценцией.
Электрический ток, пропущенный через газ, возбуждает атомы и молекулы, которые испускают излучение спектра, характерного для присутствующих элементов. Обычно используются два металла, натрий и ртуть, поскольку их характеристики дают полезное излучение в видимом спектре. Ни один из металлов не излучает непрерывный спектр, поэтому газоразрядные лампы имеют избирательный спектр. Их цветопередача никогда не будет идентична непрерывному спектру. Газоразрядные лампы часто классифицируют как лампы высокого или низкого давления, хотя эти термины лишь условны, а натриевая лампа высокого давления работает при давлении ниже одной атмосферы.
Люминесценция
Фотолюминесценция возникает, когда излучение поглощается твердым телом и затем переизлучается на другой длине волны. Если излучение находится в видимом спектре, процесс называется флуоресценцией или фосфоресценцией.
Электролюминесценция возникает, когда свет генерируется при прохождении электрического тока через некоторые твердые тела, например, люминофорные материалы. Она используется для самосветящихся вывесок, но не зарекомендовала себя как практичный источник света для освещения зданий и экстерьеров.
Эволюция электрических ламп
Первая лампа была изобретена Томасом Эдисоном в его собственной лаборатории в Нью-Джерси в январе 1879 года. Это была стеклянная лампа, в которой он создал вакуум, а в качестве нити накаливания использовал два угольных стержня.
Несмотря на то что технический прогресс позволил создавать различные лампы, основными факторами, влияющими на их развитие, были внешние рыночные силы.
Например, производство ламп накаливания, используемых в начале этого века, стало возможным только после появления хороших вакуумных насосов и волочения вольфрамовой проволоки.
В период восстановления после Второй мировой войны акцент был сделан на производительности. Люминесцентная лампа стала доминирующим источником света, поскольку она позволила создать бестеневое и сравнительно тепловое освещение фабрик и офисов, что позволило максимально эффективно использовать пространство.К 1970-м годам цены на нефть выросли, и затраты на электроэнергию стали составлять значительную часть эксплуатационных расходов. Рынок стал требовать люминесцентные лампы, дающие столько же света при меньшем потреблении электроэнергии. Дизайн ламп был усовершенствован по нескольким направлениям. На исходе века все большее внимание начало уделяться глобальным экологическим проблемам. Более эффективное использование сокращающегося сырья, переработка или безопасная утилизация продукции, а также постоянная озабоченность потреблением энергии (особенно энергии, получаемой из ископаемого топлива) влияют на современные конструкции ламп.
Критерии эффективности ламп
Критерии эффективности зависят от области применения. В целом, не существует определенной иерархии важности этих критериев. Поэтому перечислим их в произвольном порядке.
Например, срок службы лампы для слайд-проектора составляет несколько сотен часов, поскольку максимальный световой поток важен для качества изображения. В отличие от этого, некоторые лампы для освещения дорожного полотна можно менять каждые два года, что составляет около 8 000 часов горения.
Кроме того, срок службы лампы зависит от условий эксплуатации, поэтому не существует простой цифры, которая была бы применима во всех условиях. На срок службы лампы влияют внешние условия окружающей среды, такие как температура, вибрация, частота запуска, колебания напряжения питания и так далее.
Интересно: средний срок службы ламп, представляет собой время, в течение которого происходит 50 % отказов из партии испытательных ламп. Такое определение срока службы вряд ли применимо ко многим коммерческим или промышленным установкам, поэтому практический срок службы ламп обычно меньше опубликованных значений.
Основные типы ламп
Лампы в зависимости от принципа их работы можно разделить на три основных типа. Во-первых, это лампы накаливания, среди которых можно выделить подтип ламп галогенных. Они используются для создания света за счет нагревания нити накаливания. Во-вторых, есть газоразрядные лампы, которые функционируют при помощи газа или пара металла, дающего свет во время разряда. Наконец, третьим типом являются светодиодные лампы, которые используют светодиоды для создания света и отличаются высокой энергоэффективностью и продолжительностью работы. Такое разнообразие позволяет выбрать лампу, которая лучше всего соответствует вашим потребностям и условиям использования. Но в каждой из трех групп существует много подвидов. Давайте разбираться
Лампы накаливания
В этих лампах используется вольфрамовая нить в инертном газе или вакууме со стеклянной оболочкой. Инертный газ подавляет испарение вольфрама и уменьшает почернение оболочки. Существует большое разнообразие форм ламп, которые в основном имеют декоративный вид. Конструкция типичной лампы накаливания приведена на рисунке ниже
Лампы накаливания также выпускаются с широким спектром цветов и форм.Однако для коммерческого и промышленного освещения низкая эффективность приводит к очень высоким эксплуатационным расходам, поэтому обычным выбором становятся газоразрядные лампы.
Например: лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет типичную эффективность 14 люмен/ватт по сравнению с 96 люмен/ватт для люминесцентной лампы мощностью 36 Вт.
Яркость лампы накаливания легко регулировать путем снижения напряжения питания, поэтому они по-прежнему используются там, где регулировка яркости является желаемой функцией управления.
Вольфрамовые галогенные лампы
Они похожи на лампы накаливания и производят свет таким же образом из вольфрамовой нити. Однако колба содержит галогенный газ (бром или йод), который активно контролирует испарение вольфрама.
Основой галогенного цикла является минимальная температура стенки колбы 250 °C, чтобы галогенид вольфрама оставался в газообразном состоянии и не конденсировался на стенке колбы. При такой температуре вместо стекла используются колбы из кварца. При использовании кварца можно уменьшить размер колбы.
Срок службы большинства вольфрамовых галогенных ламп выше, чем у аналогов накаливания, а температура нити накаливания выше, что создает больше света и более белый цвет.
Вольфрамовые галогенные лампы стали популярны там, где главным требованием является небольшой размер и высокая производительность. Типичный пример – сценическое освещение, включая кино и телевидение, где часто требуется управление направлением и регулировка яркости.
Низковольтные вольфрамовые галогенные лампы
Изначально они были разработаны для слайд- и кинопроекторов. При напряжении 12 В нить накала при той же мощности, что и при 220 В, становится меньше и толще. Она может быть более эффективно сфокусирована, а большая масса нити накаливания обеспечивает более высокую рабочую температуру, увеличивая световой поток. Толстая нить накаливания более прочная. Эти преимущества были оценены как полезные для рынка коммерческих витрин, и, несмотря на необходимость использования понижающего трансформатора, эти лампы до сих пор используют в освещении витрин.
Интересно: для них был разработан специальный тип отражателя, который отражает только видимое излучение, позволяя инфракрасному излучению (теплу) проходить через заднюю часть лампы. Эта особенность теперь используется во многих низковольтных лампах с отражателем для освещения дисплеев, а также проекционного оборудования.
Газоразрядные лампы
Это ртутные лампы низкого давления, которые выпускаются в двух версиях: с "горячим катодом" и "холодным катодом".
Люминесцентные лампы требуют внешнего пускорегулирующего устройства для запуска и контроля тока лампы. Помимо небольшого количества паров ртути, в лампе присутствует стартовый газ (аргон или криптон).
Низкое давление ртути создает разряд бледно-голубого света. Большая часть излучения приходится на ультрафиолетовую область с длиной волны 254 нм – характерная частота излучения ртути. Внутри стенки трубки находится тонкое люминофорное покрытие, которое поглощает ультрафиолет и излучает энергию в виде видимого света. Качество цвета света определяется люминофорным покрытием. Существует целый ряд люминофоров, различающихся по цвету и цветопередаче.
Интересно: в 1950-х годах люминофоры предлагали выбор между приемлемой эффективностью (60 люмен/ватт) с недостатком красного и синего света и улучшенной цветопередачей люминофоров класса "люкс" с более низкой эффективностью (40 люмен/ватт). К 1970-м годам были разработаны новые узкополосные люминофоры. Они излучали отдельно красный, синий и зеленый свет, а в сочетании давали белый свет.
Регулируя пропорции люминофора, можно получить целый ряд различных цветов, но все они обладают одинаково превосходной цветопередачей. Современные узкополосные люминофоры более долговечны, лучше сохраняют люмен и увеличивают срок службы лампы.
Компактные люминесцентные лампы
Люминесцентная трубка не является практичной заменой лампы накаливания из-за своей линейной формы. Маленькие узкоствольные трубки можно сконфигурировать так, чтобы они были примерно такого же размера, как лампа накаливания, но это создает гораздо большую электрическую нагрузку на люминофор.Все компактные люминесцентные лампы используют трифосфор, поэтому, когда они используются вместе с линейными люминесцентными лампами, последние также должны быть трифосфорными, чтобы обеспечить согласованность цветов.
Если обычную частоту питания 50 или 60 Гц увеличить до 30 кГц, эффективность люминесцентных ламп повысится на 10 %. Электронные схемы могут управлять отдельными лампами на таких частотах. Использование высокочастотной электронной аппаратуры также устраняет и проблему мерцания таких ламп.
Индукционные лампы
Лампы, использующие принцип индукции, появились на рынке сравнительно недавно. Они представляют собой ртутные лампы низкого давления с трехфосфорным покрытием и похожи на люминесцентные лампы. Энергия передается лампе с помощью высокочастотного излучения с частотой около 2,5 МГц от антенны, расположенной по центру лампы. Между колбой лампы и катушкой нет физического соединения. Без электродов или других проволочных соединений конструкция разрядника проще и долговечнее. Срок службы лампы в основном определяется надежностью электронных компонентов и сохранением люминофорного покрытия.
Ртутные лампы высокого давления
Разряды высокого давления более компактны и имеют более высокую электрическую нагрузку, поэтому для них требуются кварцевые дуговые трубки, выдерживающие давление и температуру. Дуговая трубка заключена во внешнюю стеклянную оболочку с азотной или аргонно-азотной атмосферой для уменьшения окисления и дугообразования. Колба эффективно фильтрует УФ-излучение от дуговой трубки.
При высоком давлении ртутный разряд излучает в основном синий и зеленый цвета. Для улучшения цвета люминофорное покрытие внешней колбы добавляет красный свет.Всем газоразрядным лампам высокого давления требуется время для достижения полной мощности. Первоначальный разряд происходит через проводящий газ, а металл испаряется по мере повышения температуры лампы.
При стабильном давлении лампа не сразу перезапускается без специальных устройств управления. Существует задержка, пока лампа достаточно остынет и давление снизится, чтобы обычное напряжение питания или цепь зажигания были достаточны для восстановления дуги.
Важно: хотя ртутные лампы имеют длительный срок службы – около 20 000 часов, светоотдача по истечении этого срока падает примерно до 55 % от первоначальной, поэтому срок службы может быть короче.
Металлогалогенные лампы
Цвет и светоотдача ртутных газоразрядных ламп могут быть улучшены путем добавления различных металлов в ртутную дугу. Доза для каждой лампы невелика, и для точного применения удобнее использовать металлы в виде порошка галогенидов. Они разрушаются при нагревании лампы и высвобождают металл.
В металлогалогенных лампах может использоваться несколько различных металлов, каждый из которых дает определенный характерный цвет. К ним относятся:
Натриевые лампы низкого давления
Дуговая трубка по размеру похожа на люминесцентную, но изготовлена из специального слоеного стекла с внутренним натриевым покрытием. Дуговая трубка имеет узкую U-образную форму и заключена во внешнюю вакуумную оболочку для обеспечения термостабильности. Во время запуска лампы имеют сильное красное свечение от неонового газа.
Характерное излучение от паров натрия низкого давления – монохроматическое желтое. Это близко к пиковой чувствительности человеческого глаза, а натриевые лампы низкого давления – самые эффективные из существующих ламп с яркостью почти 200 люмен/ватт. Однако их применение ограничено теми местами, где цветовая дискриминация не имеет визуального значения, например, магистральными дорогами и подземными переходами, а также жилыми улицами.
Во многих ситуациях эти лампы заменяются натриевыми лампами высокого давления. Их меньший размер обеспечивает лучший оптический контроль, особенно для освещения проезжей части, где растет озабоченность по поводу чрезмерного свечения неба.
Натриевые лампы высокого давления
Эти лампы похожи на ртутные лампы высокого давления, но отличаются более высокой эффективностью (более 100 люмен/ватт) и превосходным поддержанием светового потока. Реактивная природа натрия требует изготовления дуговой трубки из полупрозрачного поликристаллического глинозема, так как стекло или кварц не подходят. Внешняя стеклянная колба содержит вакуум для предотвращения образования дуги и окисления. Ультрафиолетовое излучение от натриевого разряда отсутствует, поэтому люминофорные покрытия не имеют значения. Некоторые лампы имеют матовую поверхность или покрытие для рассеивания света.
При увеличении давления натрия излучение превращается в широкую полосу вокруг желтого пика, а внешний вид становится золотисто-белым. Однако с увеличением давления эффективность снижается. В настоящее время существует три отдельных типа натриевых ламп высокого давления. Как правило, стандартные лампы используются для наружного освещения, лампы класса люкс – для промышленных интерьеров, а белые – для коммерческих/витринных приложений.
Лампы высокого давления не умеют плавно затемняться без дополнительной электроники, поскольку изменение мощности лампы изменяет давление и, следовательно, основные характеристики лампы.
Люминесцентные лампы можно регулировать с помощью высокочастотных источников питания, обычно генерируемых в электронном блоке управления. При этом цветовая гамма остается неизменной. Кроме того, световой поток примерно пропорционален мощности лампы, что позволяет экономить электроэнергию при уменьшении светового потока. Интегрируя световой поток от лампы с преобладающим уровнем естественного дневного света, можно обеспечить практически постоянный уровень освещенности в интерьере.
LED (Light Emitting Diodes) – светодиодные лампы
Принцип работы светоизлучающих диодов заключается в испускании света полупроводником при прохождении через него электрического тока.
Несколько лет назад светодиодная технология применялась только в тех случаях, когда требовалась небольшая мощность, например, в сигнальных системах, светофорах, указателях выхода или аварийном освещении.
Классификацию светодиодных ламп можно осуществить в соответствии со следующими признаками:
Цоколи
Наиболее распространенными цоколями можно назвать Е27 и Е14. Е – получило обозначение от английского EdisonScrewtype (цоколь Эдисона). Два данных типа совершенно идентичны по конструкции – по сути это резьба с одинаковыми высотой и диаметром – 27 мм и 14 мм соответственно.
Кроме того, существуют цоколи со штырьковыми контактами. Их маркировка начинается с буквы G. Цифровое значение после символа G указывает на межконтактное расстояние в милиметрах. Наиболее популярны цоколи G4 и GU10, для которых расстояние между контактами составляет 4 и 10 мм соответственно. Вы наверняка могли их видеть в помещениях с организованной точечной подсветкой.Для трубчатых светодиодных ламп как правило используют варианты с цоколями G13 и G5. А для полноценной замены типичных галогенных ламп был разработан цоколь GU 5.3 или G5.3.
Конструкционное исполнение светодиодных ламп
Самыми популярными вариантами исполнения являются следующие: лампы "кукуруза", "колба", светодиодные трубки (Т8 или G13), а также модели для замены различных галогенных ламп.
Теперь же благодаря развитию и доступности мощных светодиодов (несколько ватт на компонент) производители светотехники предлагают комплексные и универсальные решения. Фактически, LED – это первая технология освещения, способная быть внедренной в любые условия с должным уровнем эффективности.
Светодиоды являются низковольтными и слаботочными устройствами, поэтому подходят для питания от батарей. Для питания от сети требуется преобразователь, называемый драйвером.
Основными преимуществами светодиодов являются низкое энергопотребление, прочность, долгий срок службы и возможность неограниченного управления. (регулировка яркости, переключение, очень низкое напряжение, отсутствие времени задержки для полного светового потока).
Кроме того, светодиоды легче утилизировать, чем флуокомпактные технологии.
По сравнению с лампами накаливания, срок службы светодиодных ламп больше.Некоторые светодиодные лампы являются альтернативой люминесцентным лампам/лампам накаливания. В таких лампах может использоваться несколько светодиодных блоков для улучшения рассеивания света, общей стоимости и теплоотдачи.
Расшифровка на упаковке розничных светодиодных ламп может иллюстрировать выход света в люменах, использование мощности в ваттах, температуру цвета в Кельвинах, иначе цветовое изображение, как дневной свет, холодный белый или теплый белый.
Диапазон рабочих температур и иногда эквивалентная мощность лампы накаливания обеспечивают аналогичную мощность в люменах.
Типы светодиодов
Как правило в лед лампах используют преимущественно SMD и COB светодиоды. Кроме того, существуют светодиоды DIP и Superflux ("пиранья"), но их не используют, поскольку они не соответствуют современным требованиям.
В таком виде светодиоды монтируются прямо на поверхность платы с промежутками. Каждый диод покрывается люминофором, находится в маленьком корпусе, который непосредственно контактирует с платой.
Лампы этого типа создают рассеянный свет без применения оптических систем. Цифры после знаков ”SMD” указывают на габариты кристалла, предназначенного для конкретного светодиода. Среди наиболее распространенных вариантов:
SMD3528 – размер кристалла 3,5х2,8 мм, состоящий из одного кристалла на 2 вывода;SMD5050 – размер 5х5 мм, состоящий из 3 кристаллов на 6 выводов.
Важные аспекты
Есть несколько ключевых моментов, на которые стоит обратить внимание перед покупкой светодиодной лампы:
Невозможно представить современную жизнь без искусственных источников света. На сегодняшнее время все большую популярность приобретают светодиодные лампы. Безусловно, для этого есть вполне объективные причины, ведь они более энергоэффективные и срок эксплуатации у них больше, в сравнении с лампами накаливания. Так почему же полностью не отказаться от ламп накаливания? На мой взгляд, у них есть два неоспоримых достоинства: простота в производстве и низкая цена. Основной недостаток – это небольшой срок службы. Поэтому в данной статье постараемся ответить на два наиболее важных вопроса: почему эти лампы часто перегорают, а также рассмотрим методы продления времени их работы.
Лампа накаливания общего назначения (ЛОН) – это искусственный источник света, получаемый в процессе воздействия электрического тока на нить накала. Первооткрывателем данной лампочки считается американский изобретатель Томас Эдисон. Патент на своё изобретение он получил 20 декабря 1879 года.
Из чего же состоит лампа накаливания? Конструкция этого нехитрого устройства довольно проста. На цоколе расположены контакты, которые соединены с электродами. При помощи специальных держателей, между электродами устанавливается нить накала. Кстати, в подавляющем большинстве лампочек, нить накала производят из вольфрама, поскольку он условно дешевый и плавится при крайне высоких температурах. Затем все «внутренности» лампы закрывают колбой. Зачем она нужна? Стеклянная колба выполняет две функции: во-первых, она является защитным барьером, ведь температура раскаленной нити может достигать более 2000 градусов Цельсия; а во-вторых – из колбы откачивают воздух, что позволяет исключить окисление нити накала.
Бывают еще варианты, когда в колбу закачивают некоторые благородные газы, такие как: азот либо аргон. Присутствие этих газов в лампе приводит к предотвращению быстрого испарения металла, из которого сделана нить. Таким образом стараются продлить срок эксплуатации лампы.
Если объяснить простыми словами, то принцип работы лампы состоит в преобразовании электрической энергии в световую. Электрический ток от контактов на цоколе проходит по электродам и разогревает нить накала. За счет высокой температуры вольфрамовой нити, от неё начинает излучаться свет. Нить накала не плавится, за счет порога температурного плавления вольфрама (температура нити накала составляет около 2000 градусов Цельсия, а вольфрам плавиться при 3400 градусов Цельсия).
Таким образом, при установке лампочки в патрон светильника, мы можем наблюдать свет.
Как это ни странно, но причин выхода из строя ламп накаливания может быть много. Производители заявляют, что примерный срок службы ЛОН составляет около 1000 часов. Львиная доля лампочек не дотягивает до такой времени работы. Давайте попробуем разобраться, почему так происходит? Далее я постараюсь перечислить основные моменты, которые отрицательно воздействуют на время эксплуатации ЛОН.
1. Использование дешевых ламп накаливания
Производители ламп накаливания бывают разные. Следовательно, и разброс в цене может быть существенный. Ничего не хочу сказать плохого за отечественных производителей, однако, иногда бывает, что «буржуйские» лампочки работают немного дольше. В данном случае это моё субъективное мнение, так сказать из «личного опыта». Выбор всегда остается за покупателем.
2. Повышенное напряжение в сети
На мой взгляд после «вопроса цены», это одно из первых, о чем нужно сказать. В нашей электрической сети есть установленные нормы предельно – допустимого напряжения, согласно ГОСТ 29322-2014. В ней указано, что сетевое напряжение должно составлять 230 В ± 10 %. Однако на практике, этот показатель может варьироваться в пределах 190-250 В. Обычно производители ламп накаливания указывают номинальное напряжение, в пределах которого, работает лампочка.
При увеличении питающего напряжения на лампочку, увеличивается температура нити накала. Следовательно, увеличивается износ вольфрамовой нити, что влечет за собой уменьшение срока эксплуатации лампочки.
3. Дефекты и неисправности патрона
Не лишним будет взглянуть на сам патрон, а также контакты, которые в нем находятся. Наличие окислительных процессов, либо нагара на контактах патрона, может создать условия для еще большего нагрева лампочки. Естественно, её ресурс может сократиться вдвое.
4. Частое включение и выключение лампы
Если говорить вкратце, то сопротивление холодной нити накала и горячей – отличается в несколько раз. Что это означает? Выходит, что в момент, когда вы включаете лампочку, через нить накала проходит ток значительно превышающий рабочий показатель. Частые включения приводят к дополнительному износу вольфрамовой нити.
5. Плохой контакт выключателя
В процессе эксплуатации электрических выключателей происходит постепенный износ их контактной базы. На контактах появляются потемнения и даже могут быть следы нагара от перегрева. Проверить выключатель довольно просто – необходимо открыть корпус выключателя и визуально осмотреть его «внутренности». Также следует обратить внимание на провода, которые подходят к выключателю. Естественно, перед выполнением таких работ, надо обесточить сеть. Безопасность никто не отменял.
6. Воздействие внешних механических факторов
Лампы накаливания крайне подвержены влиянию вибраций, а также ударов. Нить накала довольно хрупкая и от резких встрясок она может просто оборваться. Производители стараются решить данную проблему путем установки дополнительных держателей для нити, а также за счет уменьшения ее длины. К слову, светодиодные лампы менее чувствительны к воздействию вибраций, в сравнении с ЛОН.
7. Окружающая температура вокруг источника света
Сильные перепады температур оказывают крайне губительное воздействие на срок службы лампочки. Эксплуатация такого источника света при отрицательной температуре означает, что пусковой ток будет значительно превышать рабочий. Этот фактор также приводит к быстрому перегоранию ЛОН.
В заключении к этому пункту не лишним будет сказать о банальном заводском браке. Часто именно из-за дефектов на производстве, лампа досрочно выходит из строя.
В предыдущих пунктах были приведены наиболее распространённые причины выхода из строя ламп накаливания. Назревает вопрос: какие предпринять меры, чтобы лампа накаливания послужила вам подольше?
Предлагаю разобрать вышеперечисленные проблемы и написать возможные способы их решения.
Проблемы связанные со скачками напряжения, а также с высоким пусковым током при включении лампы, можно решить двумя способами: установкой блока защиты либо заменой выключателя на диммер.
Блок защиты – электронное устройство, предназначенное для защиты от скачков напряжения в сети, где используются галогеновые лампы, а также лампы накаливания.
Основное достоинство такого защитного устройства состоит в том, что пусковой ток наращивается постепенно, обеспечивая плавный пуск лампы. Подключение блока осуществляется последовательно с лампой.
Второй способ – установка диммера. Диммер – это регулятор мощности. Зачастую используется для регулирования уровня яркости светового потока.
Установить диммер можно вместо выключателя, последовательно с лампой. Схема подключения простейшего диммера, выглядит так.
Самые простые диммеры представляют собой одну поворотную ручку, а также пару контактов для подключения устройства к сети. Применяются для регулировки уровня яркости света лампочки. Совет: если же вы все-таки решите установить вместо ЛОН светодиодную лампу, то необходимо будет внимательно подойти к выбору источника света. Существует разновидность LED-ламп с обозначением «диммируемая» либо «шаговое диммирование». Такие светодиодные лампы будут без проблем работать с регулятором мощности.
Неисправности, связанные с патроном и его контактами можно устранить путем зачистки потемневших контактов при помощи надфиля, а также по возможности подогнуть их, что обеспечит лучший электрический контакт между лампой и патроном. В случае если патрон имеет трещины либо другие признаки деформации – его необходимо будет заменить.
Проблемы, связанные с выключателем, можно решить аналогично предыдущему пункту с патроном. В некоторых случаях, проще будет его просто заменить на новый.
Что касается воздействия механических факторов, такие как вибрации и удары – то по необходимости можно использовать низковольтные лампы, поскольку нить накала у них короче. В любом случае, любые условия эксплуатации, связанные с воздействием вибрации – негативно скажутся на сроке работы лампочки.
С воздействием отрицательной температуры – особо ничего не сделаешь. Можно только посоветовать установить на ЛОН блок защиты и по возможности, перенести источник света в менее холодное помещение.
Срок эксплуатации лампочки накаливания составляет порядка 1000 часов? Расскажите это лампочке, которая практически постоянно горит начиная с 1901 года.
В городе Ливемор находится местная пожарная часть. На ее территории весит старая лампочка, выполняющая функции технического освещения. С начала 20-го века лампа непрерывно горит, и за все это время ее выключали буквально пару раз. Секрет долговечности лампы – в ее особой конструкции.
Нить накала изготавливалась из углеродосодержащего материала, а толщина спирали была в восемь раз больше, нежели у современных ламп. Еще одним фактором, позволившим лампочке работать столько лет, это то, что ее практически не выключали. Меньше циклов включения/отключения, позволило снизить нагрузку, возникающую от воздействия пускового тока на нить накала.
Лампа накаливания существует более 140 лет. За свою долгую историю, этот источник света стал неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Постепенно их место начинают занимать энергоэффективные лампы с более высоким рабочим ресурсом. Современные LED-лампы рассчитаны на значительно больший срок эксплуатации. Однако несмотря на все свои недостатки, лампы накаливания имеют два неоспоримых преимущества: простота изготовления, а также низкую стоимость. Поэтому они все равно будут пользоваться спросом, даже с учетом меньшего срока службы, повышенного энергопотребления, а также высокой теплоотдачи.
В данной статье мы рассмотрели наиболее частые причины выхода из строя ламп накаливания, а также проанализировали способы продлить их срок эксплуатации. Надеюсь, мои рассуждения на эту тему были вам полезны. На мой взгляд, более целесообразным будет переход на современные источники освещения. В любом случае, вопрос выбора всегда остается за потребителем.